Un imán de samario-cobalto (SmCo) , un tipo de imán de tierras raras , es un fuerte imán permanente formado por dos elementos básicos: samario y cobalto .
Fueron desarrollados a principios de la década de 1960 basándose en el trabajo realizado por Karl Strnat en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson y Alden Ray en la Universidad de Dayton . En particular, Strnat y Ray desarrollaron la primera formulación de SmCo 5 . [1] [2]
Los imanes de samario-cobalto generalmente tienen una resistencia similar a la de los imanes de neodimio , [3] pero tienen índices de temperatura más altos y mayor coercitividad .
Algunos atributos del samario-cobalto son:
Los imanes sinterizados de samario-cobalto exhiben anisotropía magnética , lo que significa que sólo pueden magnetizarse en el eje de su orientación magnética. Esto se hace alineando la estructura cristalina del material durante el proceso de fabricación.
Los imanes de samario-cobalto están disponibles en dos "series", a saber, imanes SmCo 5 e imanes Sm 2 Co 17 . [7] [8]
Estas aleaciones magnéticas de samario y cobalto (generalmente escritas como SmCo 5 o SmCo Serie 1:5) tienen un átomo de samario de tierras raras por cada cinco átomos de cobalto. En peso, esta aleación magnética normalmente contendrá un 36% de samario y el resto de cobalto. Los productos energéticos de estas aleaciones de samario y cobalto oscilan entre 16 MG·Oe y 25 MG·Oe, es decir, aprox. 128–200 kJ/ m3 . Estos imanes de samario-cobalto generalmente tienen un coeficiente de temperatura reversible de -0,05%/°C. La magnetización de saturación se puede lograr con un campo magnetizante moderado. Esta serie de imanes es más fácil de calibrar para un campo magnético específico que los imanes de la serie SmCo 2:17.
En presencia de un campo magnético moderadamente fuerte, los imanes no magnetizados de esta serie intentarán alinear su eje de orientación con el campo magnético, quedando así ligeramente magnetizados. Esto puede ser un problema si el posprocesamiento requiere que el imán esté recubierto o recubierto. El ligero campo que capta el imán puede atraer residuos durante el proceso de enchapado o revestimiento, provocando fallos en el revestimiento o una condición mecánica fuera de tolerancia.
B r varía con la temperatura y es una de las características importantes del rendimiento del imán. Algunas aplicaciones, como los giroscopios inerciales y los tubos de ondas viajeras (TWT), necesitan tener un campo constante en un amplio rango de temperaturas. El coeficiente de temperatura reversible (RTC) de B r se define como
Para abordar estos requisitos, a finales de la década de 1970 se desarrollaron imanes con compensación de temperatura. Para los imanes de SmCo convencionales, B r disminuye a medida que aumenta la temperatura. Por el contrario, para los imanes de GdCo, B r aumenta a medida que aumenta la temperatura dentro de ciertos rangos de temperatura. Combinando samario y gadolinio en la aleación, el coeficiente de temperatura se puede reducir a casi cero.
Los imanes de SmCo 5 tienen una coercitividad (fuerza coercitiva) muy alta; es decir, no se desmagnetizan fácilmente. Se fabrican empaquetando polvos magnéticos de dominio único de grano ancho. Todos los dominios magnéticos están alineados con la dirección del eje fácil. En este caso, todas las paredes del dominio están a 180 grados. Cuando no hay impurezas, el proceso de inversión del imán en masa es equivalente a las motas de dominio solitario, donde la rotación coherente es el mecanismo dominante. Sin embargo, debido a imperfecciones de fabricación, se pueden introducir impurezas en los imanes, que forman núcleos. En este caso, debido a que las impurezas pueden tener una anisotropía más baja o ejes fáciles desalineados, sus direcciones de magnetización son más fáciles de girar, lo que rompe la configuración de la pared del dominio de 180°. En tales materiales, la coercitividad está controlada por la nucleación. Para obtener mucha coercitividad, el control de impurezas es fundamental en el proceso de fabricación.
Estas aleaciones (escritas como Sm 2 Co 17 o SmCo Serie 2:17) se endurecen con una composición de dos átomos de samario de tierras raras por 13 a 17 átomos de metales de transición (TM). El contenido de TM es rico en cobalto, pero contiene otros elementos como hierro y cobre. Se pueden agregar otros elementos como circonio , hafnio y similares en pequeñas cantidades para lograr una mejor respuesta al tratamiento térmico. En peso, la aleación contendrá generalmente un 25% de samario. Los productos energéticos máximos de estas aleaciones oscilan entre 20 y 32 MGOe, lo que equivale a unos 160-260 kJ/m 3 . Estas aleaciones tienen el mejor coeficiente de temperatura reversible de todas las aleaciones de tierras raras, siendo normalmente -0,03%/°C. Los materiales de "segunda generación" también se pueden utilizar a temperaturas más altas. [9]
En los imanes Sm 2 Co 17 , el mecanismo de coercitividad se basa en la fijación de la pared del dominio . Las impurezas dentro de los imanes impiden el movimiento de la pared del dominio y, por lo tanto, resisten el proceso de inversión de la magnetización . Para aumentar la coercitividad, se añaden intencionalmente impurezas durante el proceso de fabricación.
Las aleaciones de samario y cobalto suelen mecanizarse en estado no magnetizado. El samario-cobalto se debe moler mediante un proceso de molienda húmeda (refrigerantes a base de agua) y una muela abrasiva de diamante. Se requiere el mismo tipo de proceso si se perforan agujeros u otras características confinadas. Los residuos de molienda producidos no deben dejarse secar completamente, ya que el samario-cobalto tiene un punto de ignición bajo. Una pequeña chispa, como la que se produce con la electricidad estática, puede iniciar fácilmente la combustión. [10] El incendio resultante puede ser extremadamente caliente y difícil de controlar. [ ¿investigacion original? ]
El método de reducción/fusión y el método de reducción/difusión se utilizan para fabricar imanes de samario-cobalto. Se describirá el método de reducción/fusión ya que se utiliza tanto para la producción de SmCo 5 como de Sm 2 Co 17 . Las materias primas se funden en un horno de inducción lleno de gas argón. La mezcla se vierte en un molde y se enfría con agua para formar un lingote. El lingote se pulveriza y las partículas se muelen aún más para reducir aún más el tamaño de las partículas. El polvo resultante se prensa en una matriz de la forma deseada, en un campo magnético para orientar el campo magnético de las partículas. La sinterización se aplica a una temperatura de 1100 ˚C a 1250 ˚C, seguida de un tratamiento con solución a 1100 ˚C a 1200 ˚C y finalmente se realiza el templado en el imán a aproximadamente 700 ˚C a 900 ˚C. [ cita necesaria ] Luego se muele y se magnetiza aún más para aumentar sus propiedades magnéticas. El producto terminado se prueba, inspecciona y empaqueta. [ cita necesaria ]
El samario puede sustituirse por una porción de otros elementos de tierras raras, incluidos praseodimio , cerio y gadolinio ; el cobalto puede sustituirse por una porción de otros metales de transición, incluidos hierro , cobre y circonio . [11]
Fender utilizó una de las pastillas de guitarra eléctrica de la serie Samarium Cobalt Noiseless del diseñador Bill Lawrence en la Vintage Hot Rod '57 Stratocaster de Fender . [12] Estas pastillas se utilizaron en guitarras y bajos de la serie American Deluxe desde 2004 hasta principios de 2010. [13]
A mediados de la década de 1980, algunos auriculares caros, como el Ross RE-278, utilizaban transductores "Super Magnet" de samario-cobalto.
Otros usos incluyen: